Полная версия

Главная arrow Строительство arrow Геодезия

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Основой всех топографических съемок и инженерно-геодезических работ являются геодезические сети. С логической точки зрения геодезические сети (ГС) представляют собой некоторые геометрические построения на земной поверхности. С физической точки зрения геодезическая сеть — система закрепленных на местности точек, положение которых определено в общей для них системе геодезических координат и (или) высот. Геодезические сети подразделяются на плановые и высотные.

Основным принципом создания и плановых, и высотных геодезических сетей является принцип «от общего к частному»: вначале создаются более точные, но более разреженные геодезические сети в целях наиболее быстрого распространения единой системы координат и (или) высот на определенную территорию, а затем в порядке их развития и по мере необходимости — менее точные и более плотные сети.

Плановые геодезические сети. В плановых ГС различают государственную геодезическую сеть, геодезическую сеть сгущения и съемочную геодезическую сеть. Государственная геодезическая сеть (ГГС) представляет собой геодезическую сеть, обеспечивающую распространение единой системы координат на территории государства и являющуюся основой для построения других геодезических сетей [2]. Государственная геодезическая сеть отличается сравнительно невысокой плотностью точек и наивысшей точностью измерений. Геодезическая сеть сгущения (ГСС) — геодезическая сеть, предназначенная для развития государственной геодезической сети. Геодезические сети сгущения создаются заблаговременно для увеличения плотности точек ГГС. Съемочная геодезическая сеть (СГС) является обоснованием для выполнения топографических съемок и инженерно-геодезических работ и создается по мере необходимости непосредственно перед выполнением указанных работ. Перечисленные геодезические сети в свою очередь в зависимости от точности выполняемых измерений подразделяются на классы и разряды (табл. 8.1).

Классификация геодезических сетей

Геодезические сети

Вид сети

Плановые

Высотные

Государственная геодезическая сеть

1—4-й классы

I и II классы

Геодезическая сеть сгущения

1-й и 2-й разряды

III и IV классы

Съемочная

геодезическая сеть

Теодолитные ходы Микротриангуляция

Техническое

нивелирование

Геодезическая сеть может рассматриваться как реально существующий физический объект и как математический объект. Физически геодезическая сеть представляет собой множество закрепленных на земной поверхности точек — пунктов геодезической сети. Геодезическим пунктом называют пункт геодезической сети. С каждым геодезическим пунктом связаны геодезический знак и центр геодезического пункта. Геодезический знак есть устройство или сооружение, обозначающее положение геодезического пункта на местности. Геодезические пункты закрепляются на местности специальными центрами геодезических пунктов в целях их долговременного сохранения. Центр геодезического пункта — устройство, служащее носителем координат геодезического пункта. Центр геодезического пункта имеет марку. Марка центра геодезического пункта — деталь центра геодезического пункта, имеющая метку, к которой относят его координаты [2]. Обычно такой меткой является накернованное отверстие или крестообразная насечка на ме

таллической пластине или другом предмете — детали геодезического центра.

Марки

Глубина промерзания

Рис. 8.1. Пример центра

Сторожок Окопка

Пример центра геодезического пункта приводится на рис. 8.1. Такие центры представляют собой установленные один на другой бетонные блоки с металлическими марками вверху, имеющими крестообразные насечки или накернованные отверстия. Конструкция центров геодезических пунктов зависит от климатических условий, грунтов и глубины их промерзания. Для пре-

дотвращения случайного уничтожения центры имеют, как правило, две или три марки, расположенные одна над другой на одной отвесной линии. Если одна или две верхние марки будут уничтожены, положение центра можно восстановить по сохранившейся нижней марке.

Для обеспечения видимости с геодезического пункта на сосед

ние и с соседних пунктов сети на данный пункт над ними устанавливаются геодезические знаки в виде пирамиды, сигнала или тура. Туры представляют собой каменные, кирпичные или бетонные столбы над маркой и устанавливаются на остроконечных вершинах с открытым горизонтом. Пирамиды могут быть трех-или четырехгранными, деревянными или металлическими и устанавливаются в горной или холмистой и безлесной местности, когда есть видимость с земли на соседние пункты. Высота пирамид составляет 5—8 м. Сигналы могут быть простыми или сложными. Простой сигнал представляет собой конструкцию из двух изолированных друг от друга пирамид (рис. 8.2). Внутренняя пирамида служит подставкой для геодезического прибора (теодолита или светодальномера). Наружная пирамида предназначена для использования в качестве платформы для наблюдателя и визирной цели. Высота простых сигналов доходит до Юм.

Сложные сигналы состоят из внутренней пирамиды, опирающейся на столбы внешней пирамиды, их высота может достигать 40 м. Для наблюдений с соседних пунктов на турах, пирамидах и сигналах устанавливаются визирные цилиндры, ось которых должна располагаться на одной отвесной линии с центром пункта.

Схемы и внешний вид пирамид и сигналов представлены на рис. 8.2 и 8.3.

На застроенных территориях в связи с земляными работами находящиеся в земле пункты часто уничтожаются, по-

а

а

Схема простого (а) и сложного (б) сигналов

Рис. 8.2. Схема простого (а) и сложного (б) сигналов

Внешний вид пирамиды (о) и сигнала (б)

Рис. 8.3. Внешний вид пирамиды (о) и сигнала (б)

этому в целях долговременной сохранности геодезических пунктов практикуется их закрепление в стенах капитальных зданий и сооружений, например, в виде настенных пунктов полигонометрии.

Закрепленные на местности геодезические пункты не представляют какой-либо ценности без их координат, в связи с чем физически существующая в виде совокупности пунктов геодезическая сеть представляется каталогом координат геодезических пунктов — систематизированным перечнем, в котором для каждого пункта указываются его название, класс, прямоугольные координаты и абсолютная высота центра, дирекционные углы направлений на соседние пункты сети или на видимые с земли специально создаваемые ориентирные пункты. Названные каталоги формируются либо по листам карт масштаба 1:200 000, либо по объектам работ. Каталоги дополняются схемами геодезической сети, описаниями центров и другой информацией, которая может оказаться полезной при использовании геодезической сети.

Как математический объект геодезическая сеть представляет собой совокупность тех или иных геометрических объектов. Плановые геодезические сети представляют собой некоторые линейноугловые построения. В зависимости от геометрических величин, измеряемых в этих построениях, выделяют различные методы создания плановых геодезических сетей. Методами построения плановых сетей являются триангуляция, полигонометрия и трилатера-ция. Триангуляция представляет собой сплошную сеть треугольников, в которой измеряются все углы в каждом треугольнике и одна или несколько сторон треугольников в целях масштабирования сети. Триангуляция была предложена голландским ученым Снеллиусом в 1615—1617 гг., она позволила сравнительно быстро создавать геодезические сети на больших территориях и до конца 1900-х гг. являлась основным способом создания плановых геодезических сетей.

Полигонометрия — геодезическое построение в виде системы ломаных линий, называемых полигонометрическими ходами, в которых измерены углы между смежными сторонами и длины всех сторон. Трилатерация — сеть треугольников, в которой измерены все их стороны.

Классическая государственная геодезическая сеть представляет собой астрономо-геодезическую сеть. Ее основой служат звенья (цепочки) треугольников триангуляции 1-го класса длиной около 200 км, вытянутые вдоль параллелей и меридианов и образующие полигоны с периметром примерно 800 км (рис. 8.4). Стороны треугольников триангуляции 1-го класса составляют величину порядка 20—25 км. На территории СССР было создано около 6000 пунктов 1-го класса, образовавших 87 полигонов. В углах таких полигонов создавались астрономические пункты, или пункты Лапласа, на каждом из которых астрономическим способом измерялись его геодезическая широта В, долгота Ь и азимут А какой-либо стороны. Все указанные величины измерялись с погрешностью не более 0,5". Кроме того, в углах таких полигонов измерялись стороны, называемые базисами.

  • 2
  • *

о

о

04

/ Базисы

Рис. 8.4. Схема триангуляции 1-го класса

Схема триангуляции 3-4-го классов

Рис. 8.5. Схема триангуляции 3-4-го классов

Характеристики триангуляции

1- го класса

Длина сторон — 20—25 км. Ошибка измерения горизонтальных углов — не более 0,7". Относительная ошибка измерения базисов — не более 1:400 000. Ошибка измерения широты — не более 0,3". Ошибка измерения долготы — не более 0,35. Ошибка измерения азимута — не более 0,5".

Характеристики триангуляции

2- го класса

Длина сторон — 7—20 км. Ошибка измерения горизонтальных углов — не более 1". Относительная ошибка измерения базисов — не более 1:300 000.

Ошибка измерения широты — не более 0,3". Ошибка измерения долготы — не более 0,39. Ошибка измерения азимута — не более 0,5".

Характеристики триангуляции 3-го класса

Длина сторон — 5—8 км. Ошибка измерения горизонтальных углов — не более 1,5". Относительная ошибка измерения базисов — не более 1:200 000.

Характеристики триангуляции 4-го класса

Длина сторон — 2—5 км. Ошибка измерения горизонтальных углов — не более 2,0". Относительная ошибка измерения базисов — не более 1:200 000.

Внутри полигонов 1-го класса создается заполняющая (сплошная) сеть триангуляции или полигонометрии 2-го класса. Расстояния между пунктами 2-го класса составляют величину порядка 7—20 км. Дальнейшее сгущение геодезической сети осуществляется путем вставки одного или нескольких пунктов 3-го и 4-го классов (рис. 8.5) с использованием типовых фигур, представленных на рис. 8.6. Общее число пунктов плановых геодезических сетей 1—4-го классов, созданных на территории СССР, составляет примерно 350 тысяч. Точность их взаимного положения, по некоторым оценкам, составляет примерно 10 см.

1

3

4

6

Рис. 8.6. Типовые фигуры геодезической сети сгущения:

А — исходный пункт; о — определяемый пункт; 1 — треугольник; 2 — вставка в треугольник; 3 — вставка в жесткий угол; 4 — геодезический четырехугольник;

5 — веер; 6 — цепь треугольников

Государственная геодезическая сеть в виде плановых геодезических сетей 1—4-го классов представляет собой классическую геодезическую сеть, создававшуюся трудом многих тысяч профессиональных геодезистов в течение нескольких десятков лет. В настоящее время в связи с повышением требований к точности определения геометрических величин на земной поверхности и с новыми способами таких определений был осуществлен пересмотр структуры геодезической сети. В дополнение к классической ГГС создается новая, более точная спутниковая геодезическая сеть с использованием глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС), названная государственной геодезической системой координат (ГГСК).

Спутниковая геодезическая сеть по точности и плотности пунктов подразделяется на три уровня: фундаментальную астрономо-геодезическую сеть (ФАГС), высокоточную спутниковую геодезическую сеть (ВГС), спутниковую геодезическую сеть 1-го класса (СГС—1) и дополняется описанной выше ГГС.

ФАГС содержит 50 постоянно действующих пунктов, ведущих наблюдения за спутниками российской Глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС) и американской Global Position System (GPS). В дальнейшем, по завершении создания Европейской спутниковой системы Galileo, предполагается использование и ее спутников. Среднее расстояние между пунктами ФАГС равно примерно 1500 км. Назначением ФАГС является определение изменений координат во времени, вызванных глобальными геодина-мическими процессами — движением тектонических плит. На земной поверхности это движение проявляется в виде дрейфа материков по отношению друг к другу. Указанные изменения координат на земном шаре в среднем составляют величину около 3 см в год. Для некоторых регионов эта величина существенно больше, так, например, для Австралии с 1999 по 2010 г. изменение координат достигло величины 56 см.

ВГС состоит из 300 пунктов, на которых в зависимости от геотектонической активности региона периодически (через 5—10 лет) выполняются повторные наблюдения. Расстояния между пунктами ВГС колеблются в пределах от 300 до 500 км.

СГС—1 содержит примерно 4500 пунктов, часть этих пунктов совмещена с пунктами ГГС 1—4-го классов. На пунктах СГС—1 наблюдения спутников выполняются однократно. Среднее расстояние между пунктами СГС—1 равно 30 км.

Традиционная ГГС является наименее точным и наиболее плотным компонентом ГГСК. Точность взаимного положения пунктов ФАГС, ВГС и СГС—1 составляет 1—2 см. Точность взаимного положения соседних пунктов ГГС после совместной обработки с результатами наблюдений в спутниковой геодезической сети составит около 3—5 см, что вполне достаточно для обеспечения точности топографических планов самого крупного масштаба (1:500).

Геодезические сети сгущения создаются методами триангуляции и полигонометрии 1-го и 2-го разрядов (табл. 8.2 и 8.3).

Съемочная геодезическая сеть создается с таким расчетом, чтобы ошибки положения пунктов в масштабе плана не превышали 0,2 мм на открытой местности и 0,3 мм — в закрытой местности. Съемочная геодезическая сеть чаще всего создается в виде отдельных теодолитных ходов или их систем, на открытой местности — в виде триангуляционных построений и различного рода засечек.

Характеристики триангуляции 1-го и 2-го разрядов

Характеристика

Разряд

1-й

2-й

Максимальная длина стороны, км

5

3

СКО измерения угла, "

5

10

Относительная ошибка базиса

1:50 000

1:20 000

Примечание. СКО — среднеквадратическая ошибка.

Таблица 8.3

Характеристики полигонометрии 1-го и 2-го разрядов

Характеристика

Разряд

1-Й

2-й

Длина стороны, км

0,12-0,80

0,08-0,35

СКО измерения угла, "

5

10

Допустимая относительная ошибка хода

1:10 000

1:5000

Высотные геодезические сети. Высотной основой всех топографических съемок и инженерно-геодезических работ служат высотные геодезические сети. Высотные геодезические сети подразделяются на Государственную нивелирную сеть, нивелирные сети местного значения и высотные съемочные сети. Государственная нивелирная сеть служит основой для создания всех других нивелирных сетей, создается методами высокоточного геометрического нивелирования на всей территории страны заблаговременно и подразделяется на нивелирные сети I и II классов (табл. 8.4). Нивелирные геодезические сети сгущения (или нивелирные сети местного значения) служат высотным обоснованием при создании высотных съемочных сетей и создаются геометрическим нивелированием III и IV классов. Высотные съемочные сети создаются по мере необходимости. Методами построения высотных съемочных сетей являются техническое геометрическое нивелирование, а в условиях пересеченной местности — тригонометрическое нивелирование.

Нивелирная сеть представляет собой совокупность закрепленных на земной поверхности точек, высоты которых определены в единой государственной системе высот, каковой в Российской Федерации является Балтийская система высот.

Пункты государственной нивелирной сети называют реперами, которые могут быть стенными или грунтовыми (рис. 8.7 и 8.8).

Государственная нивелирная сеть

Класс

с ко

на 1 км хода,

мм

Увеличение

зрительной

трубы

Цена деления уровня на 2 мм, "

Длина

полигонов, км

I

0,5

44х

12

3000-4000

II

2

X

О

12

500-600

III

10

30х

15

150-200

IV

20

25х

25

Техническое

нивелирование

50

25х

25

В стенах капитальных зданий и сооружений могут закладываться также нивелирные марки (см. рис. 8.7). Реперы и марки являются нивелирными знаками.

8

Марка

Рис. 8.7. Стенные знаки

Точное и высокоточное нивелирование используется не только при создании государственных нивелирных сетей. Сравнительно часто оно применяется при наблюдениях за осадками и деформациями зданий, сооружений, технологического оборудования.С указанной целью в наблюдаемом объекте закладываются марки, а на некотором удалении от него — контрольные марки, относительно которых проверяется положение контролируемого объекта. Затем с той или иной периодичностью, например один раз в квартал, измеряются превышения между контрольными марками и марками, заложенными в объекте. О его деформациях (осадках и кренах) судят по изменению превышений. Точность такого нивелирования может достигать нескольких долей миллиметра на один километр хода.

Постановлением Правительства Российской Федерации от 24.11.2016 № 1240 с 1 января 2017 г. установлены государственные системы координат, государственная система высот и государственная гравиметрическая система. Этим постановлением официально введены следующие государственные системы координат:

Г

75

т

75

Грунтовые реперы

Рис. 8.8. Грунтовые реперы

  • 1) для проведения геодезических и картографических работ — геодезическая система координат 2011 года (ГСК-2011), устанавливаемая и распространяемая с использованием государственной геодезической сети; в качестве отсчетного эллипсоида в ней принят общеземной эллипсоид с началом системы координат в центре масс Земли и осью вращения, совпадающей с осью Z геодезической системы координат; большая полуось равна 6 378 136,5 м, сжатие — 1/298,2564151;
  • 2) в целях геодезического обеспечения орбитальных полетов, решения навигационных задач и проведения геодезических и картографических работ в интересах обороны — общеземная геоцентрическая система координат «Параметры Земли 1990 года» (П3-90.11), устанавливаемая и распространяемая с использованием космической геодезической сети и государственной геодезической сети; в качестве отсчетного эллипсоида в этой системе принят общий земной эллипсоид, ось вращения которого совпадает с осью Zcиcтeмы координат; начало системы координат совпадает с центром масс Земли; большая полуось равна 6 378 136 м, сжатие — 1/298,25784.

Этим же постановлением в качестве государственной системы высот устанавливается Балтийская система высот 1977 года, нормальные высоты в которой отсчитываются от нуля Кронштадтского футштока — горизонтальной черты на медной пластине, укрепленной в устое моста через обводной канал в г. Кронштадте.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>